EP2219844B1 - Giessmaschinensystem und verfahren zur herstellung von metall/kunststoff-hybridbauteilen - Google Patents

Giessmaschinensystem und verfahren zur herstellung von metall/kunststoff-hybridbauteilen Download PDF

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EP2219844B1
EP2219844B1 EP08867057.5A EP08867057A EP2219844B1 EP 2219844 B1 EP2219844 B1 EP 2219844B1 EP 08867057 A EP08867057 A EP 08867057A EP 2219844 B1 EP2219844 B1 EP 2219844B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting machine
temperature
casting
precursor product
precursor
Prior art date
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Active
Application number
EP08867057.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2219844A1 (de
Inventor
Norbert Erhard
Helmar Dannenmann
Jürgen KURZ
Knut Morgenstern
Wolfgang Nendel
Tino Zucker
Bernd Zimmer
Martin Kausch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oskar Frech GmbH and Co KG
Original Assignee
Oskar Frech GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Oskar Frech GmbH and Co KG filed Critical Oskar Frech GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0084—General arrangement or lay-out of plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/16—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C45/1615—The materials being injected at different moulding stations
    • B29C45/162—The materials being injected at different moulding stations using means, e.g. mould parts, for transferring an injected part between moulding stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/16—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C2045/1696—Making multilayered or multicoloured articles injecting metallic layers and plastic material layers

Definitions

  • the invention relates to a casting machine system and a method for producing metal / plastic hybrid components.
  • metal / plastic hybrid components are understood here components that consist of metal and plastic and are prepared by first casting a precursor of one of the two materials and then the precursor is subjected to a second casting process in which it provided with the other material becomes.
  • a piece of metal may be used as a precursor in a metal casting process, e.g. made by die casting, and this then in a corresponding Kunststoffg automatvorgang, e.g. a Kunststoffspritzg smartvorgang, coated with plastic, partially coated and / or molded.
  • first of all a plastic part can be produced as a preliminary product in a plastic casting process and then the metal can be cast on it in a metal casting process.
  • the second casting process is no longer in temporal connection with the first casting process, but occurs e.g. Days or weeks later, optionally with intermediate storage of the precursor.
  • thermo monitoring includes the measure of measuring the temperature of the precursor obtained in the first casting process and transmitting it to a control system that controls the second casting process in response to this temperature information.
  • the first casting process can be a metal casting process, but alternatively also a plastic injection molding process, followed by the second casting process as a plastic injection molding process or metal casting process.
  • the publication US 2004/0035548 A1 discloses an assembly with a plastic injection molding machine and a metal die casting machine.
  • a plastic precursor is first poured, which is transferred after removal from this casting machine in a degreasing unit. There it is heated by a heating process in an inert gas atmosphere to a temperature higher than a melting temperature of a resin binder used in the first casting process.
  • the resin binder is melted and expelled from the precursor, which is converted by this process into a porous precursor.
  • the porous precursor is then transferred to the metal casting machine, where a metal / plastic hybrid component is formed by a corresponding metal casting process from the precursor, in which the previously generated cavities of the porous precursor are filled by the metal material for which a low melting point metal is used while for the plastic material of the precursor, a carbon nanomaterial is used.
  • the invention is based on the technical problem of providing a casting machine system and an associated manufacturing method for metal / plastic hybrid components, which enable production of such hybrid components with comparatively flexible casting machine utilization and relatively low cost and / or time expenditure.
  • the invention solves this problem by providing a casting machine system having the features of claim 1 and a manufacturing method having the features of claim 10.
  • the casting machine system of the invention includes a metal casting machine and a plastic molding machine as two separate, i. independent casting machines. This makes it possible for the two machines to be flexibly, if necessary, also otherwise, e.g. to use for the production of pure metallic castings or pure plastic injection molded products. On the other hand, greater transport / freight costs can be avoided by placing the two casting machines at the same production location.
  • a transfer device ensures the transfer of the intermediate product obtained in the first casting process to the second casting machine in which the desired metal / plastic hybrid component is then formed from the intermediate product by a second casting process.
  • the casting machine system also includes a tempering device, which is designed to be able to controllably temper the precursor after its removal from the first casting machine, before it is subjected to the second casting process.
  • a tempering device which is designed to be able to controllably temper the precursor after its removal from the first casting machine, before it is subjected to the second casting process.
  • temperature control is to be understood as meaning in each case a selectable active heating and / or cooling of the preliminary product by means of a correspondingly provided heating or cooling device.
  • the controllability of this temperature can be depending on the need and application to a pure control or alternatively to a regulation of the respective tempering process or the temperature of the precursor.
  • metal / plastic hybrid components can be made according to e.g. be prepared by the method according to the invention.
  • the tempering device is wholly or partly an integral part of the transfer device.
  • this Measure includes the transfer device at least one workpiece carrier on which the precursor is placed, and the tempering comprises as an integral part of the workpiece carrier, a temperature sensor and / or a temperature control for active heating or cooling of the precursor. In this way, the precursor can be maintained in a controlled manner at a desired temperature during its transfer from the first to the second casting process.
  • An embodiment of the invention includes a residual heat utilization.
  • the tempering device may comprise a residual heat utilization means, with which residual heat of the hybrid component can be used after its production in the second casting process for heating a precursor product obtained in each case in the first casting process.
  • the tempering device includes a means for detecting and monitoring a temperature of the precursor after removal from the first casting machine. This can contribute to an advantageous controlled temperature of the precursor after it has been removed from the first casting machine.
  • the preliminary product can be subjected to a corresponding processing process in a processing station before it is brought into the second casting machine.
  • the precursor Before, during and / or after this processing process, the precursor is held by the tempering at a desired, compared to room temperature higher temperature.
  • the machining process may also be an assembly process or include such.
  • the processing station is set up to carry out a predefinable machining process during a cooling phase during which the precursor cools from a temperature at the end of the first casting process to a lower predefinable setpoint temperature before the start of the second casting process this setpoint temperature has a temperature value that is set higher than room temperature.
  • This measure makes it possible to subject the precursor during a time required for cooling prior to performing the second casting process of the relevant machining process, which in turn can be optimized, the entire production time of the hybrid component. For this purpose, it can be ensured that the machining process is terminated as soon as the precursor has reached the predetermined target temperature.
  • a temperature control in the sense of active heating and / or cooling is not absolutely necessary in this case, but may optionally be provided, for example, to keep the precursor for a certain time at the set temperature.
  • the cooling target temperature between 60 ° C and 190 ° C, whereby an optimal connection or adaptation to the subsequent second casting process can be ensured.
  • the transfer device comprises a handling robot.
  • the precursor can be transported in a very comfortable and automated manner, including removal from the first casting machine and / or introduction into the transfer device and / or introduction into an optional processing station and / or in the second casting machine.
  • a metallic precursor in the first casting process, is manufactured in a metal casting machine, the sprue of which is left in the second casting machine at least until completion of the transfer.
  • the sprue can thereby eg for handling purposes be used during the transfer.
  • the metallic sprue can be encapsulated by the second casting process with plastic material, in order to form in this way a metal / plastic hybrid component of a corresponding shape.
  • This in Fig. 1 shown casting machine system includes a first casting machine in the form of a die casting machine 1 for metallic die casting and a second casting machine in the form of a plastic injection molding machine 2, which is provided separately from the first casting machine 1, but in a defined spatial relationship to this.
  • the die casting machine 1 is of a conventional type having one or more metal pouring cavities for casting a corresponding metallic precursor 4 from a prepared molten metal 3, eg a melt of zinc, aluminum, magnesium or another non-ferrous metal. Via a conventional sprue system 5, a sprue on the metallic precursor 4 can be removed after its removal from a casting mold of the diecasting machine 1 providing the associated metal casting cavity and returned to the molten metal preparation 3.
  • the metal precursor 4 thus obtained in the metallic die casting process as a first casting process is located at removal from the die casting machine 1 on a dependent of the casting process and the metal used temperature level T1 and is spent by a transfer and tempering 6 to the location of the second casting machine 2 and on set to a second casting process, here a plastic injection molding process by the second casting machine 2, suitable, specifiable temperature level T2.
  • the tempered at this target temperature T2 metal precursor 4 ' is then placed in a corresponding casting cavity of the plastic injection molding machine 2 and coated with supplied plastic material 7, partially coated and / or molded.
  • a desired metal / plastic hybrid component 8 is obtained, which can subsequently be removed from the plastic injection molding machine 2.
  • the transfer and tempering device includes suitable transfer means and temperature control to transfer the precursor 4 from the location of the die casting machine 1 to the location of the plastic injection molding machine 2, bringing it from the temperature T1 at the end of the metal die casting process to the temperature T2 suitable for carrying out the plastic injection molding process ,
  • the two casting machines 1, 2 are typically spatially adjacent e.g. arranged in a same production hall, so that the transfer path for the precursor of typically e.g. a few meters to a few tens of meters is kept relatively short.
  • the tempering agents are suitably designed according to need and application in order to temper the precursor as required, before, during and / or after its transfer from the location of the first casting machine 1 to the location of the second casting machine 2. from the temperature level T1 to the temperature level T2.
  • this tempering includes an active heating of the precursor by a corresponding heating unit or an active cooling thereof by a corresponding cooling device.
  • the temperature control means and thus the tempering device formed by them can be completely or partially integrated into the transfer means or the transfer device formed by them.
  • one or more processing stations may be fully or partially integrated into the transfer and tempering device 6 in order to process the precursor in a desired manner before it is placed in the plastic injection molding machine 2.
  • FIG. 2 shows in a plan view in further concretization a possible, advantageous construction of a casting machine system in the manner of Fig. 1 , How out Fig. 2
  • the entire casting machine system is located within a production area 9 eg an associated production hall.
  • a handling robot 10 conventional type, around which the other system components including first casting machine or metal die casting machine 1 and second casting machine or plastic injection molding machine 2 are arranged.
  • a plurality of processing stations 12a to 12e and a tempering station 13 with an associated conveyor belt unit 14 are arranged in the access area of the handling robot 10.
  • a control unit 11, which controls the entire casting machine system, is located at a suitable location outside the access area of the handling robot 10.
  • the intermediate product After the intermediate product has been produced in the first casting machine 1, it is removed from the associated casting mold by the handling robot 10 and transferred directly to the second casting machine 2 or first into the tempering station 13 or into at least one of the processing stations 12a to 12e.
  • Each processing station 12a to 12e is set up to carry out a specific processing process of conventional type on the intermediate product placed there. This can also be, for example, a pure assembly process, or the machining process can include such.
  • the precursor can be processed only in one or successively in several of the processing stations 12a to 12e. Via the conveyor belt unit 14, the precursor can be conveyed to the tempering station 13 where it is actively heated or cooled in order to achieve and maintain the desired temperature level for placement in the second casting machine 2.
  • the conveyor belt unit 14 is connected directly to a last processing station 12e. While in the example shown the transport of the precursor also takes place between the processing stations by the handling robot 10, in alternative embodiments one can do this serving conveyor unit may be provided, which connects the processing stations 12a to 12e together.
  • the tempering station 13 is designed to fulfill its tempering suitable and has in particular a heating device and / or a cooling device and a temperature sensor to detect the temperature of the introduced into the tempering 13 precursor.
  • An associated temperature control unit evaluates the information obtained by the temperature sensor information about the precursor temperature and controls depending on the heating or cooling device.
  • the precursor thus held at the desired temperature level T2 is then removed by the handling robot 10 from the tempering station 13 and placed in the second casting machine 2 for carrying out the second casting process. Thereafter, the handling robot 10 of the second casting machine 2 removes the finished metal / plastic hybrid component.
  • the first casting machine 1 is a metal casting machine and the second casting machine 2 is a plastic injection molding machine.
  • the temperature level T2 suitable for carrying out the plastic injection molding process in the second casting machine 2 for the metallic precursor 4 'produced in the first casting process when introduced into the second casting machine 2 is typically higher than room temperature, for example at a temperature value between 60 ° C. and 190 ° C.
  • the tempering device or the tempering station 13 takes the appropriate tempering measures.
  • the tempering device may actively cool the precursor 4. This shortens the time until the introduction of the precursor into the second casting machine 2 and thereby the entire production time of the metal / plastic hybrid component.
  • the tempering device by active heating ensures that the precursor has reached the setpoint temperature value T2 if it is placed in the second casting machine 2.
  • the temperature level T1 at the end of the metallic die casting process is typically significantly higher than the temperature level T2 desired for introducing the precursor 4 into the plastic injection molding machine 2 or for carrying out the local plastic injection process there.
  • this temperature level T2 is typically still well above room temperature, i. about 20 ° C.
  • the precursor 4 can cool until it has reached the setpoint temperature level T2 for introduction into the plastic injection molding machine 2.
  • the temperature sensor can be designed so that it detects the temperature of the precursor even before introduction into the tempering station 13, e.g. by corresponding temperature sensors, which are arranged on the handling robot 10, in particular a gripper part thereof, and / or on the respective processing station 12a to 12e.
  • the precursor 4 can be placed in the second casting machine 2 at this time, if it previously still in one of the processing stations 12a to 12e or on Handling robot 10 is located. In this case, active heating or cooling measures can be omitted, as they are otherwise present in the tempering station 13.
  • the invention enables optimization / reduction of the cycle times for the production of metal / plastic hybrid components by monitoring the temperature of the precursor produced in the first casting process and depending on the precursor placed at a suitable time in the second casting machine or the second casting process is carried out as soon as the precursor has reached a desired temperature level or by maintaining or reaching the precursor by active heating or cooling at the desired temperature level. Cooling phases or general tempering phases can be used simultaneously for processing the preliminary product.
  • the tempering station 13 is arranged separately from the processing stations 12a to 12e, the tempering device in alternative embodiments may also be wholly or partly integrated in one or more of the processing stations 12a to 12e and / or in the transfer device, such as the handling robot 10.
  • Another advantage of the casting machine system according to the invention is that for the two casting machines 1, 2, a metal diecasting machine and a plastic injection molding machine of each conventional design can be used, which can be used at times for the production of pure metallic workpieces or pure plastic parts. It does not require for the inventive production of metal / plastic hybrid components of complex shapes that combined one or more metal casting cavities and one or more plastic molding cavities. Rather, it is sufficient to provide one or more metal casting cavities through the metal die casting machine 1 and one or more plastic pouring cavities through the plastic injection molding machine 2.
  • the main focus was on the case that produced in the first casting process by a metal casting machine, a metallic precursor and this is then subjected to a plastic injection process.
  • the invention equally includes applications in which the first caster is a plastic caster and the second caster is a metal caster.
  • a plastic part is then produced as a precursor, which is cast in the second, metallic casting process with metal or cast to form a corresponding metal / plastic hybrid component.
  • a residual heat utilization including the tempering, for example, such according to the Fig. 1 and 2 , a corresponding residual heat utilization agent comprises.
  • the use of residual heat includes the measure of utilizing residual heat of a metal / plastic hybrid component obtained in each case in the second casting process for heating a precursor product obtained in each case in the first casting process.
  • the necessary heat transfer can be done for example via a conventional liquid or gaseous heat transfer medium.
  • This may be, for example, a tempering, to which a corresponding tempering circuit is assigned, with which the manufactured hybrid component actively cooled and the precursor is actively heated.
  • sprue is left on the precursor and can be used, for example, as a handling aid during the transfer to the second casting machine. It may then be removed after the precursor has reached the second casting machine, or alternatively it may be left on and overmoulded or molded with plastic in the second casting process to produce a suitably designed metal / plastic hybrid component.
  • a sprue separation according to requirements prior to removal of the precursor from the first casting machine, directly after removal of the precursor from the first molding machine, before introducing the precursor into the second casting machine and after one or more handling and / or processing operations Removal of the precursor from the first casting machine or after placing the precursor in the second casting machine possible, or the sprue is not separated.
  • Fig. 3 to 7 illustrate some special implementations possible transfer devices with possibly integrated tempering and / or processing measures alternatively or in addition to a handling robot and / or the processing stations 12a to 12e coupled with temperature control station 13 according to Fig. 2 ,
  • Fig. 3 a single-rail linear transfer device between first casting machine 1 and second casting machine 2.
  • This transfer device includes a plurality of successive workpiece carriers 15, the number of which is determined, for example, depending on the casting cycle times in the two casting machines 1, 2, any machining operations and Temper michsbeck.
  • the individual workpiece carriers 15 can be coupled to one another, for example via a conveyor belt unit or in another manner, and / or conveyed by a handling robot.
  • Each workpiece carrier 15 has a receptacle for placing a precursor removed from the first casting machine 1.
  • a respective Workpiece carrier be designed as a processing station or include such to subject the precursor on the workpiece carrier a corresponding processing operation, while it is transferred to the workpiece carrier 15 from the first casting machine 1 to the second casting machine 2.
  • the precursor is removed from the workpiece carrier 15 and inserted into the corresponding casting cavity of the second casting machine 2.
  • the workpiece carriers 15 loaded with a respective precursor move, for example, horizontally from the first to the second casters 1, 2 and are brought back to the first caster 1 via a vertical movement.
  • the transfer of the precursor from the first casting machine 1 to the workpiece carrier 15 and from this to the second casting machine 2 can be done in a conventional manner, for example by means of grippers, the said handling robot, etc.
  • the movement of the workpiece carriers 15 and in particular their transport speed are suitably controlled or regulated by a suitable transfer / tempering control loop of the associated transfer device with optionally integrated tempering device, including any processing of the precursors on the workpiece carriers 15, as above to the Fig. 1 and 2 described.
  • the workpiece carriers 15 are part of the transfer device 6 of Fig. 1 , And processing stations and / or the tempering can be fully or partially integrated into the workpiece carrier 15.
  • Fig. 4 indicates alternatively Fig. 3 and also, in a merely schematic plan view, a transfer device of a circulating type.
  • a suitable transport unit such as a conveyor belt or the like.
  • the workpiece carrier 15 may be, for example, parts of injection molds of the used plastic injection molding machine.
  • Fig. 5 shows as a further transport variant, a transfer device of a carousel type, in which the individual workpiece carrier 15 move on a carousel unit 16 about a carousel axis 17, which may have, for example, a vertical or horizontal position.
  • Fig. 5 illustrates a situation in which a first workpiece carrier 15a is just coupled to the first caster 1. It can be molded on the precursor by appropriately integrated processing means a metal insert. For example, a tempering measure in the form of active heating or cooling of the precursor and / or further processing of the precursor may take place on a second workpiece carrier 15b.
  • a third workpiece carrier 15c is just coupled to the second casting machine 2, where the plastic injection process is carried out with the intermediate product transferred here.
  • a further processing of the metal / plastic hybrid component removed from the second casting machine 2 can be carried out or the completed hybrid component can be removed at a workpiece carrier 15d which is the fourth in the carousel direction. It is understood that analogous operations for the transfer devices of the Fig. 3 and 4 are feasible.
  • the 6 and 7 illustrate in schematic side view and top view, respectively, a transfer device of a cube type with a cube-shaped workpiece carrier 15 'which provides at each of its four lateral side surfaces a Einzelwerk Hochmik for receiving a precursor and is rotatably mounted on its underside about a vertical axis.
  • the workpiece carrier 15 ' may have a prismatic shape with a corresponding number of prism side surfaces or individual workpiece carriers. With two opposite lateral side surfaces or individual workpiece carriers, the workpiece carrier 15 'of the first and the second casting machine 1, 2 facing.
  • a temperature control station 13 'or a removal station 18 is assigned to the other two lateral side surfaces.
  • the precursor can be tempered in the desired manner after removal from the first casting machine 1.
  • a processing unit can be integrated into the tempering station 13 'in order additionally to subject the precursor to a desired processing operation.
  • the finished metal / plastic hybrid component is removed.
  • a processing station can also be provided there in order to subject the metal / plastic hybrid component, after removal from the second casting machine 2, to a further processing operation.
  • the invention allows flexible use of a per se conventional metal casting machine and a separate, conventional per se plastic molding machine for the production of metal / plastic hybrid components, the number of metal or plastic casting cavities variable and eg can be set depending on the respective casting cycle time and the component size.
  • the production of metallic precursors in a first casting process such as a Metalltikg gorea
  • the simultaneous production of a predeterminable first number of precursors, for example, each two precursors, during the same period include, in which in the second casting process, such as a plastic injection molding process, a predetermined second Number of precursors, for example, four precursors are subjected to the second casting process.
  • the first and the second number can be adjusted to possibly different cycle times of the two casting processes, optionally also to the duration of any machining processes between the first and the second casting process.
  • the number of metal and plastic casting cavities is suitable for the determined optimum first number of precursors manufactured in parallel and second Number of simultaneously produced end products, ie metal / plastic hybrid components, turned off.
  • any conventional machine type for the metal casting machine on the one hand and the plastic casting machine on the other hand can be used in the casting machine system of the invention.
  • one or more further parts may be added to the precursor made in the first casting machine, e.g. in the transfer device or a processing station, before the thus supplemented or modified precursor in the second casting machine is subjected to the second casting process.
  • a plurality of first casting machines are assigned to a second casting machine and, for example, cooperate with this via a corresponding transfer device.
  • the precursor or products may be added from the one or more first casting machines, e.g. by an assembly or joining process, before the thus completed precursor is then subjected to the second casting process in the second casting machine.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gießmaschinensystem und ein Verfahren zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen. Unter Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen werden vorliegend Bauteile verstanden, die aus Metall und Kunststoff bestehen und dadurch hergestellt werden, dass zunächst ein Vorprodukt aus einem der beiden Materialien gegossen und anschließend das Vorprodukt einem zweiten Gießprozess unterzogen wird, in welchem es mit dem anderen Material versehen wird. Beispielsweise kann zunächst ein Metallstück als Vorprodukt in einem Metallgießprozess, z.B. mittels Druckguss, gefertigt und dieses anschließend in einem entsprechenden Kunststoffgießvorgang, z.B. einem Kunststoffspritzgießvorgang, mit Kunststoff ummantelt, partiell beschichtet und/oder angespritzt werden. Alternativ kann zunächst ein Kunststoffteil als Vorprodukt in einem Kunststoffgießprozess hergestellt und dann an dieses das Metall in einem Metallgießprozess angegossen werden.
  • Es ist Stand der Technik, z.B. metallische Vorprodukte an einem ersten Ort herzustellen, auf dem Frachtweg an einen zweiten Ort zu verbringen und dort durch den zweiten Gießprozess das Hybridbauteil aus dem Vorprodukt zu fertigen. Dabei steht der zweite Gießprozess nicht mehr in zeitlichem Zusammenhang mit dem ersten Gießprozess, sondern erfolgt z.B. Tage oder Wochen später, gegebenenfalls unter Zwischenlagerung des Vorprodukts.
  • Alternativ ist es Stand der Technik, solche Hybridbauteile innerhalb einer einzigen Maschine mit relativ komplizierten Formen zur Bereitstellung sowohl wenigstens einer Metall-Gießkavität als auch wenigstens einer Kunststoff-Gießkavität herzustellen. Hierzu seien z.B. die Offenlegungsschriften EP 1 718 451 A1 , JP 06-246783 A und JP 2000-280277 A genannt. Bei einer weiteren Hybridgießmaschine dieser Art, wie sie in der Offenlegungsschrift WO 2005/053930 A1 offenbart ist, ist zusätzlich eine Temperaturüberwachung implementiert, welche die Maßnahme beinhaltet, die Temperatur des im ersten Gießprozess erhaltenen Vorproduktes zu messen und an ein Steuerungssystem zu übermitteln, das den zweiten Gießprozess in Abhängigkeit von dieser Temperaturinformation steuert. Dabei kann der erste Gießprozess ein Metallgießprozess, alternativ aber auch ein Kunststoffspritzgießprozess sein, woran sich der zweite Gießprozess als Kunststoffspritzgießprozess bzw. Metallgießprozess anschließt.
  • Die Offenlegungsschrift US 2004/0035548 A1 offenbart eine Anordnung mit einer Kunststoffspritzgießmaschine und einer Metalldruckgießmaschine. In der Kunststoffspritzgießmaschine wird zunächst ein Kunststoff-Vorprodukt gegossen, das nach Entnehmen aus dieser Gießmaschine in eine Entfettungseinheit transferiert wird. Dort wird es durch einen Aufheizprozess in einer Inertgasatmosphäre auf eine Temperatur aufgeheizt, die höher als eine Schmelztemperatur eines Harzbindemittels ist, das im ersten Gießprozess eingesetzt wird. Damit wird das Harzbindemittel aufgeschmolzen und aus dem Vorprodukt ausgetrieben, das durch diesen Vorgang in ein poröses Vorprodukt umgewandelt wird. Das poröse Vorprodukt wird dann in die Metallgießmaschine transferiert, wo durch einen entsprechenden metallischen Gießprozess aus dem Vorprodukt ein Metall/Kunststoff-Hybridbauteil gebildet wird, bei dem die zuvor erzeugten Hohlräume des porösen Vorproduktes durch das Metallmaterial gefüllt werden, für das ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird, während für das Kunststoffmaterial des Vorproduktes ein Kohlenstoff-Nanomaterial verwendet wird.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Gießmaschinensystems und eines zugehörigen Herstellungsverfahrens für Metall/Kunststoff-Hybridbauteile zugrunde, die eine Fertigung derartiger Hybridbauteile mit vergleichsweise flexibler Gießmaschinenausnutzung und relativ geringem Kosten- und/oder Zeitaufwand ermöglichen.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Gießmaschinensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
  • Das erfindungsgemäße Gießmaschinensystem beinhaltet eine Metall-gießmaschine und eine Kunststoffgießmaschine als zwei separate, d.h. eigenständige Gießmaschinen. Dies macht es möglich, die beiden Maschinen flexibel bei Bedarf auch anderweitig z.B. zur Herstellung reiner metallischer Gussstücke oder reiner Kunststoffspritzgießprodukte einzusetzen. Andererseits kann größerer Transport-/Frachtaufwand vermieden werden, indem die beiden Gießmaschinen an einem gleichen Fertigungsort aufgestellt werden. Eine Transfereinrichtung sorgt für den Transfer des im ersten Gießprozess erhaltenen Vorproduktes zur zweiten Gießmaschine, in der dann aus dem Vorprodukt durch einen zweiten Gießprozess das gewünschte Metall/Kunststoff-Hybridbauteil gebildet wird.
  • Das Gießmaschinensystem beinhaltet außerdem eine Temperiereinrichtung, die dafür ausgelegt ist, das Vorprodukt nach seiner Entnahme aus der ersten Gießmaschine steuerbar temperieren zu können, bevor es dem zweiten Gießprozess unterzogen wird. Unter dem Begriff Temperierung ist dabei vorliegend eine jeweils geeignet wählbare aktive Beheizung und/oder Kühlung des Vorproduktes durch eine entsprechend bereitgestellte Beheizungs- bzw. Kühlvorrichtung zu verstehen. Bei der Steuerbarkeit dieser Temperierung kann es sich je nach Bedarf und Anwendungsfall um eine reine Steuerung oder alternativ um eine Regelung des betreffenden Temperierprozesses bzw. der Temperatur des Vorproduktes handeln. Damit können Metall/Kunststoff-Hybrid-bauteile entsprechend z.B. durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
  • In einer konstruktiv und funktionell vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperiereinrichtung ganz oder teilweise integrierter Bestandteil der Transfereinrichtung. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme beinhaltet die Transfereinrichtung wenigstens einen Werkstückträger, auf dem das Vorprodukt platzierbar ist, und die Temperiereinrichtung umfasst als integralen Teil des Werkstückträgers eine Temperatursensorik und/oder ein Temperiermittel zum aktiven Beheizen oder Kühlen des Vorprodukts. Auf diese Weise kann das Vorprodukt während seines Transfers vom ersten zum zweiten Gießprozess in kontrollierter Weise auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet eine Restwärmenutzung. Dazu kann die Temperiereinrichtung ein Restwärmenutzungsmittel umfassen, mit dem Restwärme des Hybridbauteils nach dessen Herstellung im zweiten Gießprozess zur Beheizung eines jeweils im ersten Gießprozess erhaltenen Vorprodukts genutzt werden kann.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Temperiereinrichtung ein Mittel zur Erfassung und Überwachung einer Temperatur des Vorprodukts nach Entnahme aus der ersten Gießmaschine. Dies kann zu einer vorteilhaften gesteuerten Temperierung des Vorproduktes beitragen, nachdem es aus der ersten Gießmaschine entnommen wurde.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Vorprodukt in einer Bearbeitungsstation einem entsprechenden Bearbeitungsprozess unterzogen werden, bevor es in die zweite Gießmaschine verbracht wird. Vor, während und/oder nach diesem Bearbeitungsprozess wird das Vorprodukt durch die Temperiereinrichtung auf einer gewünschten, gegenüber Raumtemperatur höheren Temperatur gehalten. Dabei kann der Bearbeitungsprozess auch ein Montageprozess sein oder einen solchen beinhalten.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bearbeitungsstation zur Durchführung eines vorgebbaren Bearbeitungsprozesses während einer Abkühlphase eingerichtet, während der das Vorprodukt von einer Temperatur am Ende des ersten Gießprozesses auf eine niedrigere vorgebbare Solltemperatur vor Beginn des zweiten Gießprozesses abkühlt, wobei diese Solltemperatur einen Temperaturwert hat, der höher als Raumtemperatur vorgegeben wird. Diese Maßnahme macht es möglich, das Vorprodukt während einer zum Abkühlen erforderlichen Zeitdauer vor Durchführen des zweiten Gießprozesses dem betreffenden Bearbeitungsprozess zu unterziehen, wodurch wiederum die gesamte Herstellungsdauer des Hybridbauteils optimiert werden kann. Dazu kann dafür gesorgt werden, dass der Bearbeitungsprozess beendet wird, sobald das Vorprodukt die vorgegebene Solltemperatur erreicht hat. Eine Temperierung im Sinne einer aktiven Beheizung und/oder Abkühlung ist in diesem Fall nicht zwingend erforderlich, kann aber optional vorgesehen sein, beispielsweise um das Vorprodukt noch für eine gewisse Zeit auf der Solltemperatur zu halten.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Abkühl-Solltemperatur zwischen 60°C und 190°C, wodurch eine optimale Anbindung oder Anpassung an den anschließenden zweiten Gießprozess sichergestellt werden kann.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Transfereinrichtung einen Handhabungsroboter. Damit kann das Vorprodukt in sehr komfortabler und automatisierter Weise transportiert werden, einschließlich Entnahme aus der ersten Gießmaschine und/oder Einbringen in die Transfereinrichtung und/oder Einbringen in eine optionale Bearbeitungsstation und/oder in die zweite Gießmaschine.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird im ersten Gießprozess ein metallisches Vorprodukt in einer Metallgießmaschine gefertigt, dessen Anguss mindestens bis zum Abschluss des Transfers in die zweite Gießmaschine belassen wird. Der Anguss kann dadurch z.B. zu Handhabungszwecken während des Transfers genutzt werden. In weiterer Ausgestaltung kann der metallische Anguss durch den zweiten Gießprozess mit Kunststoffmaterial umspritzt werden, um auf diese Weise ein Metall/Kunststoff-Hybridbauteil entsprechender Gestalt zu bilden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen und eines dafür geeigneten Gießmaschinensystems,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf einen konkreten Aufbau eines Gießmaschinensystems zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen,
    Fig. 3
    ein schematisches Blockdiagramm eines Gießmaschinensystems mit linearer Transfereinrichtung,
    Fig. 4
    ein Blockdiagramm eines Gießmaschinensystems mit zirkulierender Transfereinrichtung,
    Fig. 5
    ein Blockdiagramm eines Gießmaschinensystems mit Karussell-Transfereinrichtung,
    Fig. 6
    ein Vorderansicht-Blockdiagramm eines Gießmaschinensystems mit Würfel-Transfereinrichtung und
    Fig. 7
    ein Draufsicht-Blockdiagramm des Gießmaschinensystems von Fig. 6.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Gießmaschinensystem beinhaltet eine erste Gießmaschine in Form einer Druckgießmaschine 1 für metallischen Druckguss sowie eine zweite Gießmaschine in Form einer Kunststoffspritzgießmaschine 2, die separat von der ersten Gießmaschine 1, jedoch in definierter räumlicher Zuordnung zu dieser vorgesehen ist. Die Druckgießmaschine 1 ist von einer herkömmlichen Bauart mit einer oder mehreren Metall-Gießkavitäten, um aus einer bereiteten Metallschmelze 3, z.B. einer Schmelze aus Zink, Aluminium, Magnesium oder einem anderen Nichteisen(NE)-Metall, ein entsprechendes metallisches Vorprodukt 4 zu gießen. Über ein herkömmliches Angusssystem 5 kann ein Anguss am metallischen Vorprodukt 4 nach dessen Entnahme aus einer die zugehörige Metall-Gießkavität bereitstellenden Gießform der Druckgießmaschine 1 entfernt und zur Metallschmelzebereitung 3 rückgeführt werden.
  • Das somit im metallischen Druckgießvorgang als einen ersten Gießprozess erhaltene metallische Vorprodukt 4 befindet sich bei Entnahme aus der Druckgießmaschine 1 auf einem vom Gießprozess und dem eingesetzten Metall abhängigen Temperaturniveau T1 und wird durch eine Transfer- und Temperierungseinrichtung 6 zum Ort der zweiten Gießmaschine 2 verbracht und auf eine zur Durchführung eines zweiten Gießprozesses, hier eines Kunststoffspritzgießprozesses durch die zweite Gießmaschine 2, geeignetes, vorgebbares Temperaturniveau T2 eingestellt. Das auf diese Zieltemperatur T2 temperiert gehaltene Metall-Vorprodukt 4' wird dann in einer entsprechenden Gießkavität der Kunststoffspritzgießmaschine 2 platziert und mit zugeführtem Kunststoffmaterial 7 ummantelt, partiell beschichtet und/oder angespritzt. Dadurch wird ein gewünschtes Metall/Kunststoff-Hybridbauteil 8 erhalten, das anschließend aus der Kunststoffspritzgießmaschine 2 entnommen werden kann.
  • Die Transfer- und Temperierungseinrichtung beinhaltet geeignete Transfermittel und Temperiermittel, um das Vorprodukt 4 vom Ort der Druckgießmaschine 1 zum Ort der Kunststoffspritzgießmaschine 2 zu transferieren und es dabei von der Temperatur T1 am Ende des metallischen Druckgießprozesses auf die zum Durchführen des Kunststoffspritzgießprozesses geeignete Temperatur T2 zu bringen. Die beiden Gießmaschinen 1, 2 sind typischerweise räumlich benachbart z.B. in einer gleichen Fabrikationshalle angeordnet, so dass der Transferweg für das Vorprodukt von typisch z.B. einigen Metern bis einigen zehn Metern relativ kurz gehalten wird. Die Temperiermittel sind je nach Bedarf und Anwendungsfall geeignet ausgelegt, um das Vorprodukt vor, während und/nach seinem Transfer vom Ort der ersten Gießmaschine 1 zum Ort der zweiten Gießmaschine 2 wie gewünscht zu temperieren, d.h. vom Temperaturniveau T1 auf das Temperaturniveau T2 zu bringen. Je nach Fall schließt diese Temperierung eine aktive Beheizung des Vorproduktes durch eine entsprechende Heizeinheit oder eine aktive Kühlung desselben durch eine entsprechende Kühleinrichtung ein. Dabei können die Temperiermittel und mithin die von diesen gebildete Temperiereinrichtung ganz oder teilweise in die Transfermittel bzw. die von diesen gebildete Transfereinrichtung integriert sein. Außerdem können eine oder mehrere Bearbeitungsstationen ganz oder teilweise in die Transfer- und Temperierungseinrichtung 6 integriert sein, um das Vorprodukt in einer gewünschten Weise zu bearbeiten, bevor es in der Kunststoffspritzgießmaschine 2 platziert wird.
  • Wie aus Fig. 1 und den obigen Erläuterungen ersichtlich, stellt Fig. 1 sowohl wesentliche Komponenten des betrachteten Gießmaschinensystems als auch gleichzeitig den geschilderten Verfahrensablauf zur Herstellung entsprechender Metall/Kunststoff-Hybridbauteile dar. Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht in weiterer Konkretisierung einen möglichen, vorteilhaften Aufbau eines Gießmaschinensystems nach Art von Fig. 1. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befindet sich das gesamte Gießmaschinensystem innerhalb einer Produktionsfläche 9 z.B. einer zugehörigen Produktionshalle. In einem mittigen Bereich befindet sich als wesentlicher Bestandteil der Transfereinrichtung ein Handhabungsroboter 10 herkömmlicher Art, um den herum die übrigen Systemkomponenten einschließlich erster Gießmaschine bzw. Metalldruckgießmaschine 1 und zweiter Gießmaschine bzw. Kunststoffspritzgießmaschine 2 angeordnet sind. Zusätzlich zu den beiden Gießmaschinen 1, 2 sind im Zugriffsbereich des Handhabungsroboters 10 mehrere Bearbeitungsstationen 12a bis 12e und eine Temperierstation 13 mit einer zugehörigen Förderbandeinheit 14 angeordnet. Eine Steuereinheit 11, die das gesamte Gießmaschinensystem steuert, ist an geeigneter Stelle außerhalb des Zugriffsbereichs des Handhabungsroboters 10 angeordnet.
  • Nach Herstellen des Vorproduktes in der ersten Gießmaschine 1 wird es vom Handhabungsroboter 10 aus der zugehörigen Gießform entnommen und je nach Bedarf direkt zur zweiten Gießmaschine 2 transferiert oder zunächst in die Temperierstation 13 oder in wenigstens eine der Bearbeitungsstationen 12a bis 12e verbracht. Jede Bearbeitungsstation 12a bis 12e ist zur Durchführung eines bestimmten Bearbeitungsprozesses herkömmlicher Art am dort platzierten Vorprodukt eingerichtet. Dabei kann es sich z.B. auch um einen reinen Montageprozess handeln, oder der Bearbeitungsprozess kann einen solchen beinhalten. Je nach Anwendungsfall kann das Vorprodukt nur in einer oder sukzessiv in mehreren der Bearbeitungsstationen 12a bis 12e bearbeitet werden. Über die Förderbandeinheit 14 kann das Vorprodukt in die Temperierstation 13 gefördert und dort aktiv beheizt oder gekühlt werden, um das zum Platzieren in der zweiten Gießmaschine 2 gewünschte Temperaturniveau zu erreichen und beizubehalten. Im gezeigten Beispiel ist die Förderbandeinheit 14 an einer letzte Bearbeitungsstation 12e direkt angeschlossen. Während im gezeigten Beispiel der Transport des Vorproduktes auch zwischen den Bearbeitungsstationen durch den Handhabungsroboter 10 erfolgt, kann in alternativen Ausführungen eine hierfür dienende Förderbandeinheit vorgesehen sein, welche die Bearbeitungsstationen 12a bis 12e miteinander verbindet.
  • Die Temperierstation 13 ist zur Erfüllung ihrer Temperierfunktion geeignet ausgelegt und weist dazu insbesondere eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung sowie eine Temperatursensorik auf, um die Temperatur des in die Temperierstation 13 eingebrachten Vorproduktes zu erfassen. Eine zugehörige Temperatursteuereinheit wertet die von der Temperatursensorik gewonnenen Informationen über die Vorprodukttemperatur aus und steuert davon abhängig die Heiz- oder Kühleinrichtung. Das solchermaßen auf dem gewünschten Temperaturniveau T2 gehaltene Vorprodukt wird dann vom Handhabungsroboter 10 aus der Temperierstation 13 entnommen und in der zweiten Gießmaschine 2 zur Durchführung des zweiten Gießprozesses platziert. Danach entnimmt der Handhabungsroboter 10 der zweiten Gießmaschine 2 das fertige Metall/Kunststoff-Hybridbauteil.
  • Im obigen Beispiel der Fig. 1 und 2 ist die erste Gießmaschine 1 eine Metallgießmaschine und die zweite Gießmaschine 2 eine Kunststoffspritzgießmaschine. Das für die Durchführung des Kunststoffspritzgießprozesses in der zweiten Gießmaschine 2 geeignete Temperaturniveau T2 für das im ersten Gießprozess gefertigte metallische Vorprodukt 4' beim Einbringen in die zweite Gießmaschine 2 liegt typischerweise höher als Raumtemperatur, beispielweise auf einem Temperaturwert zwischen 60°C und 190°C. Je nach Temperatur T1 des Vorproduktes 4 nach Entnahme aus der ersten Gießmaschine 1, der Abkühlrate des Vorproduktes 4 und der Zeitdauer bis zum Platzieren in der zweiten Gießmaschine 2 ergreift die Temperiereinrichtung bzw. die Temperierstation 13 die geeigneten Temperierungsmaßnahmen. Wenn das Vorprodukt z.B. noch zu heiß ist, d.h. seine Temperatur über dem gewünschten Solltemperaturwert zum Einbringen in die zweite Gießmaschine 2 ist, kann die Temperiereinrichtung das Vorprodukt 4 aktiv kühlen. Dies verkürzt die Zeitdauer bis zum Einbringen des Vorproduktes in die zweite Gießmaschine 2 und dadurch die gesamte Herstellungsdauer des Metall/Kunststoff-Hybridbauteils. Wenn das Vorprodukt hingegen den Solltemperaturwert T2 zum Einbringen in die zweite Gießmaschine 2 bereits erreicht oder unterschritten hat, bevor es zum Platzieren in der zweiten Gießmaschine 2 bereit ist, sorgt die Temperiereinrichtung durch aktives Beheizen dafür, dass das Vorprodukt den Solltemperaturwert T2 erreicht hat, wenn es in der zweiten Gießmaschine 2 platziert wird.
  • Das Temperaturniveau T1 am Ende des metallischen Druckgießprozesses liegt typischerweise deutlich über dem zum Einbringen des Vorproduktes 4 in die Kunststoffspritzgießmaschine 2 bzw. für die Durchführung des dortigen Kunststoffspritzvorgangs gewünschten Temperaturniveau T2. Dieses Temperaturniveau T2 ist seinerseits typischerweise noch deutlich über Raumtemperatur, d.h. über ca. 20°C. Vor, während und/oder nach dem Transfer des Vorproduktes 4 und ggf. während eines jeweiligen Bearbeitungsprozesses in einer der Bearbeitungsstationen 12a bis 12e kann das Vorprodukt 4 abkühlen, bis es das Solltemperaturniveau T2 für das Einbringen in die Kunststoffspritzgießmaschine 2 erreicht hat. Die Temperatursensorik kann dabei so ausgelegt sein, dass sie die Temperatur des Vorproduktes auch schon vor Einbringen in die Temperierstation 13 erfasst, z.B. durch entsprechende Temperaturfühler, die am Handhabungsroboter 10, insbesondere einem Greiferteil desselben, und/oder an der jeweiligen Bearbeitungsstation 12a bis 12e angeordnet sind.
  • Wenn durch diese Temperaturüberwachung festgestellt wurde, dass das Vorprodukt den Solltemperaturwert T2 zum Einbringen in die Kunststoffspritzgießmaschine 2 erreicht hat, kann gemäß einer entsprechenden Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, das Vorprodukt 4 zu diesem Zeitpunkt in der zweiten Gießmaschine 2 zu platzieren, wenn es sich zuvor noch in einer der Bearbeitungsstationen 12a bis 12e oder am Handhabungsroboter 10 befindet. In diesem Fall können aktive Beheizungs- oder Abkühlmaßnahmen entfallen, wie sie ansonsten in der Temperierstation 13 vorhanden sind.
  • Wie die obigen Erläuterungen deutlich machen, ermöglicht die Erfindung eine Optimierung/Reduzierung der Zykluszeiten zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen, indem die Temperatur des im ersten Gießprozess hergestellten Vorproduktes überwacht und abhängig davon das Vorprodukt zu einem geeigneten Zeitpunkt in der zweiten Gießmaschine platziert bzw. der zweite Gießprozess durchgeführt wird, sobald das Vorprodukt ein gewünschtes Temperaturniveau erreicht hat, oder indem das Vorprodukt durch aktives Beheizen oder Kühlen auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten wird oder dieses schneller erreicht. Abkühlphasen oder allgemeiner Temperierphasen können gleichzeitig zur Bearbeitung des Vorproduktes genutzt werden. Wenngleich in Fig. 2 die Temperierstation 13 separat von den Bearbeitungsstationen 12a bis 12e angeordnet ist, kann die Temperiereinrichtung in alternativen Ausführungsformen auch ganz oder teilweise in eine oder mehrere der Bearbeitungsstationen 12a bis 12e und/oder in die Transfereinrichtung, wie den Handhabungsroboter 10, integriert sein.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gießmaschinensystems liegt darin, dass für die beiden Gießmaschinen 1, 2 eine Metalldruckgießmaschine und eine Kunststoffspritzgießmaschine von jeweils herkömmlicher Bauart verwendbar sind, die zeitweise auch zur Herstellung reiner metallischer Werkstücke bzw. reiner Kunststoffteile genutzt werden können. Es bedarf für die erfindungsgemäße Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen keiner komplexen Formen, die kombiniert eine oder mehrere Metall-Gießkavitäten und eine oder mehrere Kunststoff-Gießkavitäten beinhalten. Es genügt vielmehr die Bereitstellung einer oder mehrerer Metall-Gießkavitäten durch die Metalldruckgießmaschine 1 und einer oder mehrerer Kunststoff-Gießkavitäten durch die Kunststoffspritzgießmaschine 2.
  • Bislang wurde hauptsächlich auf den Fall eingegangen, dass im ersten Gießprozess durch eine Metallgießmaschine ein metallisches Vorprodukt hergestellt und dieses dann einem Kunststoffspritzvorgang unterzogen wird. Alternativ umfasst die Erfindung jedoch in gleicher Weise Anwendungen, bei denen die erste Gießmaschine eine KunststoffGießmaschine und die zweite Gießmaschine eine Metall-Gießmaschine ist. Im ersten Gießprozess wird dann ein Kunststoffteil als Vorprodukt gefertigt, das im zweiten, metallischen Gießprozess mit Metall umgossen bzw. angegossen wird, um ein entsprechendes Metall/Kunststoff-Hybridbauteil zu bilden.
  • In einer weiteren vorteilhaften, nicht näher gezeigten Ausführungsform ist eine Restwärmenutzung vorgesehen, wozu die Temperiereinrichtung, z.B. eine solche gemäß den Fig. 1 und 2, ein entsprechendes Restwärmenutzungsmittel umfasst. Die Restwärmenutzung beinhaltet die Maßnahme, Restwärme eines jeweils im zweiten Gießprozess erhaltenen Metall/Kunststoff-Hybridbauteils zur Beheizung eines jeweils im ersten Gießprozess erhaltenen Vorprodukts zu nutzen. Der hierfür nötige Wärmetransport kann z.B. über ein übliches flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium erfolgen. Hierbei kann es sich z.B. um ein Temperiermedium handeln, dem ein entsprechender Temperierkreislauf zugeordnet ist, mit dem das gefertigte Hybridbauteil aktiv gekühlt und das Vorprodukt aktiv erwärmt wird.
  • Eine weitere Restwärmenutzung kann darin bestehen, den durch das Angusssystem 5 von Fig. 1 vom Vorprodukt abgetrennten, noch heißen Anguss in die Metallschmelzebereitung 3 einzuspeisen und dadurch nicht nur Material, sondern auch Wärme rückzuführen. In einer alternativen Variante der Erfindung wird der Anguss am Vorprodukt belassen und kann z.B. als Handhabungshilfe während des Transfers zur zweiten Gießmaschine genutzt werden. Er kann dann entfernt werden, nachdem das Vorprodukt die zweite Gießmaschine erreicht hat, oder er wird alternativ weiter belassen und im zweiten Gießprozess mit Kunststoff umspritzt bzw. angespritzt, um ein entsprechend gestaltetes Metall/Kunststoff-Hybridbauteil herzustellen. Allgemein ist im Rahmen der Erfindung eine Angussabtrennung je nach Bedarf vor Entnahme des Vorprodukts aus der ersten Gießmaschine, direkt nach Entnahme des Vorprodukts aus der ersten Gießmaschine, vor Einbringen des Vorprodukts in die zweite Gießmaschine und nach einem oder mehreren Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorgängen nach Entnahme des Vorprodukts aus der ersten Gießmaschine oder nach dem Platzieren des Vorprodukts in der zweiten Gießmaschine möglich, oder der Anguss wird gar nicht abgetrennt.
  • Die Fig. 3 bis 7 veranschaulichen einige spezielle Realisierungen möglicher Transfereinrichtungen mit ggf. integrierten Temperier- und/oder Bearbeitungsmaßnahmen alternativ oder zusätzlich zu einem Handhabungsroboter und/oder den Bearbeitungsstationen 12a bis 12e mit angekoppelter Temperierstation 13 gemäß Fig. 2.
  • Speziell zeigt Fig. 3 eine eingleisige lineare Transfereinrichtung zwischen erster Gießmaschine 1 und zweiter Gießmaschine 2. Diese Transfereinrichtung beinhaltet eine Mehrzahl von sukzessiven Werkstückträgern 15, deren Anzahl beispielsweise abhängig von den Gießzykluszeiten in den beiden Gießmaschinen 1, 2, etwaigen Bearbeitungsvorgängen und Temperierungsmaßnahmen festgelegt wird. Die einzelnen Werkstückträger 15 können untereinander z.B. über eine Förderbandeinheit oder in anderer Weise gekoppelt sein und/oder von einem Handhabungsroboter gefördert werden. Jeder Werkstückträger 15 weist eine Aufnahme zum Platzieren eines aus der ersten Gießmaschine 1 entnommenen Vorproduktes auf. Je nach Anwendungsfall kann ein jeweiliger Werkstückträger als Bearbeitungsstation ausgeführt sein oder eine solche umfassen, um das Vorprodukt auf dem Werkstückträger einem entsprechenden Bearbeitungsvorgang zu unterziehen, während es auf dem Werkstückträger 15 von der ersten Gießmaschine 1 zur zweiten Gießmaschine 2 transferiert wird. Bei Erreichen der zweiten Gießmaschine 2 wird das Vorprodukt aus dem Werkstückträger 15 entnommen und in die entsprechende Gießkavität der zweiten Gießmaschine 2 eingesetzt. Die mit einem jeweiligen Vorprodukt beladenen Werkstückträger 15 bewegen sich z.B. horizontal von der ersten zur zweiten Gießmaschine 1, 2 und werden über eine vertikale Bewegung zur ersten Gießmaschine 1 zurückgeholt. Die Übergabe des Vorprodukts von der ersten Gießmaschine 1 zum Werkstückträger 15 und von diesem zur zweiten Gießmaschine 2 kann in einer üblichen Weise z.B. mittels Greifern, dem besagten Handhabungsroboter etc. erfolgen. Die Bewegung der Werkstückträger 15 und insbesondere deren Transportgeschwindigkeit werden durch einen entsprechenden Transfer-/Temperierregelkreis der zugehörigen Transfereinrichtung mit optional integrierter Temperiereinrichtung geeignet gesteuert bzw. geregelt, einschließlich einer etwaigen Bearbeitung der Vorprodukte auf den Werkstückträgern 15, wie oben zu den Fig. 1 und 2 beschrieben. Mit anderen Worten sind die Werkstückträger 15 Bestandteil der Transfereinrichtung 6 von Fig. 1, und Bearbeitungsstationen und/oder die Temperiereinrichtung können ganz oder teilweise in die Werkstückträger 15 integriert sein.
  • Fig. 4 zeigt alternativ zu Fig. 3 und ebenso in einer lediglich schematischen Draufsicht eine Transfereinrichtung von einem zirkulierenden Typ. Bei diesem bewegen sich die einzelnen Werkstückträger 15 zirkulierend z.B. in einer horizontalen Ebene mittels einer geeigneten Transporteinheit, z.B. einem Förderband oder dergleichen. Im übrigen gelten alle Eigenschaften und Vorteile, wie sie oben zur Transfereinrichtung zur Fig. 3 erläutert wurden, in gleicher Weise für die Transfereinrichtung von Fig. 5, worauf verwiesen werden kann. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Werkstücksträger 15 z.B. Teile von Spritzgießwerkzeugen der benutzten Kunststoffspritzgießmaschine sein können.
  • Fig. 5 zeigt als weitere Transportvariante eine Transfereinrichtung von einem Karusselltyp, bei dem sich die einzelnen Werkstückträger 15 auf einer Karusselleinheit 16 um eine Karussellachse 17 bewegen, die beispielsweise eine vertikale oder horizontale Lage haben kann. Fig. 5 veranschaulicht eine Situation, bei der ein erster Werkstückträger 15a gerade an die erste Gießmaschine 1 angekoppelt ist. Dabei kann durch entsprechend integrierte Bearbeitungsmittel ein Metalleinleger am Vorprodukt abgeformt werden. An einem zweiten Werkstückträger 15b kann z.B. eine Temperierungsmaßnahme in Form einer aktiven Beheizung oder Kühlung des Vorproduktes und/oder eine weitere Bearbeitung des Vorproduktes erfolgen. Ein dritter Werkstückträger 15c ist gerade an die zweite Gießmaschine 2 angekoppelt, wo mit dem hier übergebenen Vorprodukt der Kunststoffspritzvorgang durchgeführt wird. An einem in Karussellrichtung vierten Werkstückträger 15d kann bei Bedarf eine weitere Bearbeitung des aus der zweiten Gießmaschine 2 entnommenen Metall/Kunststoff-Hybridbauteils durchgeführt bzw. das fertiggestellte Hybridbauteil entnommen werden. Es versteht sich, dass analoge Betriebsabläufe für die Transfereinrichtungen der Fig. 3 und 4 realisierbar sind.
  • Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen in schematischer Seitenansicht bzw. Draufsicht eine Transfereinrichtung von einem Würfeltyp mit einem würfelförmigen Werkstückträger 15', der an jeder seiner vier lateralen Seitenflächen einen Einzelwerkstückträger zur Aufnahme eines Vorproduktes bereitstellt und an seiner Unterseite um eine vertikale Achse drehbeweglich gelagert ist. Alternativ kann der Werkstückträger 15' eine Prismenform mit einer entsprechenden Anzahl von Prismenseitenflächen bzw. Einzelwerkstückträgern haben. Mit zwei gegenüberliegenden lateralen Seitenflächen bzw. Einzelwerkstückträgern ist der Werkstückträger 15' der ersten bzw. der zweiten Gießmaschine 1, 2 zugewandt. Den beiden anderen lateralen Seitenflächen ist im gezeigten Beispiel eine Temperierstation 13' bzw. eine Entnahmestation 18 zugeordnet. An der Temperierstation 13' kann das Vorprodukt nach Entnahme aus der ersten Gießmaschine 1 in gewünschter Weise temperiert werden. Optional kann in die Temperierstation 13' eine Bearbeitungseinheit integriert sein, um das Vorprodukt zusätzlich einem gewünschten Bearbeitungsvorgang zu unterziehen. An der Entnahmestation 18 wird das fertiggestellte Metall/Kunststoff-Hybridbauteil entnommen. Optional kann auch dort eine Bearbeitungsstation vorgesehen sein, um das Metall/Kunststoff-Hybridbauteil nach Entnahme aus der zweiten Gießmaschine 2 noch einem weiteren Bearbeitungsvorgang zu unterziehen.
  • Wie die oben beschriebenen Ausführungsformen deutlich machen, erlaubt die Erfindung eine flexible Nutzung einer an sich herkömmlichen Metallgießmaschine und einer separaten, an sich herkömmlichen Kunststoffgießmaschine zur Fertigung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen, wobei die Anzahl an Metall- bzw. Kunststoff-Gießkavitäten variabel und z.B. abhängig von der jeweiligen Gießzykluszeit und der Bauteilgröße festgelegt werden kann. Beispielweise kann die Herstellung von metallischen Vorprodukten in einem ersten Gießprozess, wie einem Metalldruckgießprozess, die gleichzeitige Herstellung einer vorgebbaren ersten Anzahl von Vorprodukten, z.B. je zwei Vorprodukte, während der gleichen Zeitdauer umfassen, in welcher im zweiten Gießprozess, z.B. einem Kunststoffspritzgießprozess, eine vorgebbare zweite Anzahl von Vorprodukten, z.B. je vier Vorprodukte, dem zweiten Gießprozess unterworfen werden. Die erste und die zweite Anzahl können dabei auf ggf. unterschiedliche Zykluszeiten der beiden Gießprozesse abgestimmt werden, optional auch auf die Dauer etwaiger Bearbeitungsprozesse zwischen dem ersten und dem zweiten Gießprozess. Die Anzahl von Metall- und Kunststoff-Gießkavitäten wird geeignet auf die ermittelte optimale erste Anzahl von parallel gefertigten Vorprodukten und zweite Anzahl von gleichzeitig hergestellten Endprodukten, d.h. Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen, abgestellt.
  • Es versteht sich, dass außer den oben explizit erwähnten Typen jeder herkömmliche Maschinentyp für die Metallgießmaschine einerseits und die Kunststoffgießmaschine andererseits beim Gießmaschinensystem der Erfindung verwendbar sind.
  • Es versteht sich weiter, dass in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung ein oder mehrere weitere Teile zu dem in der ersten Gießmaschine gefertigten Vorprodukt hinzugefügt werden können, z.B. in der Transfereinrichtung bzw. einer Bearbeitungsstation, bevor das dergestalt ergänzte bzw. modifizierte Vorprodukt in der zweiten Gießmaschine dem zweiten Gießprozess unterzogen wird. Insbesondere kann diesbezüglich vorgesehen sein, dass mehrere erste Gießmaschinen einer zweiten Gießmaschine zugeordnet sind und z.B. mit dieser über eine entsprechende Transfereinrichtung kooperieren. In der Transfereinrichtung oder an anderer Stelle können zu dem Vorprodukt einer ersten der mehreren ersten Gießmaschinen das oder die Vorprodukte aus der oder den weiteren ersten Gießmaschinen hinzugefügt werden, z.B. durch einen Montage- oder Fügevorgang, bevor das solchermaßen komplettierte Vorprodukt dann dem zweiten Gießprozess in der zweiten Gießmaschine unterzogen wird.

Claims (15)

  1. Gießmaschinensystem zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen, mit
    - einer ersten Gießmaschine (1) und einer von dieser separaten zweiten Gießmaschine (2), wobei die erste Gießmaschine eine Metallgießmaschine und die zweite Gießmaschine eine Kunststoffgießmaschine ist oder die erste Gießmaschine eine Kunststoffgießmaschine und die zweite Gießmaschine eine Metallgießmaschine ist,
    - einer Transfereinrichtung (6, 10) zum Transfer eines durch einen ersten Gießprozess in der ersten Gießmaschine gefertigten Vorproduktes (4) zu der zweiten Gießmaschine, in der durch einen zweiten Gießprozess aus dem Vorprodukt ein Metall/Kunststoff-Hybridbauteil (8) gebildet wird, und
    - einer Temperiereinrichtung (6, 13) zur steuerbaren Temperierung des Vorproduktes nach seiner Entnahme aus der ersten Gießmaschine und vor Beginn des zweiten Gießprozesses, wobei die Temperiereinrichtung eine Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung des Vorproduktes und/oder eine Heizeinrichtung zur aktiven Beheizung des Vorproduktes auf ein zur Durchführung des zweiten Gießprozesses geeignetes Temperaturniveau (T2) aufweist.
  2. Gießmaschinensystem nach Anspruch 1, wobei die Temperiereinrichtung ganz oder teilweise in die Transfereinrichtung integriert ist.
  3. Gießmaschinensystem nach Anspruch 2, wobei die Transfereinrichtung wenigstens einen Werkstückträger (15) beinhaltet, auf dem das Vorprodukt platzierbar ist, und die Temperiereinrichtung als integralen Teil des Werkstückträgers eine Temperatursensorik und/oder ein Temperiermittel zum aktiven Beheizen oder Kühlen des Vorprodukts umfasst.
  4. Gießmaschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperiereinrichtung ein Restwärmenutzungsmittel beinhaltet, das Restwärme eines jeweils im zweiten Gießprozess erhaltenen Metall/Kunststoff-Hybridbauteils zur Beheizung eines jeweils im ersten Gießprozess erhaltenen Vorprodukts nutzt.
  5. Gießmaschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperiereinrichtung ein Mittel zur Erfassung und Überwachung einer Temperatur des Vorproduktes nach Entnahme aus der ersten Gießmaschine aufweist.
  6. Gießmaschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Bearbeitungsstation (12a bis 12e) zur Aufnahme des aus der ersten Gießmaschine entnommenen Vorproduktes und zur Durchführung eines vorgebbaren Bearbeitungsprozesses vor Platzieren des Vorproduktes in der zweiten Gießmaschine vorgesehen ist, wobei die Temperiereinrichtung das Vorprodukt vor, während und/oder nach dem Bearbeitungsprozess so temperiert, dass es auf einer gegenüber Raumtemperatur höheren Temperatur gehalten wird, bevor es in der zweiten Gießmaschine platziert wird.
  7. Gießmaschinensystem nach Anspruch 6, wobei die Bearbeitungsstation dafür eingerichtet ist, den Bearbeitungsprozess während einer Abkühlphase durchzuführen, während der das Vorprodukt von einer Temperatur am Ende des ersten Gießprozesses auf eine niedrigere vorgebbare Solltemperatur vor Beginn des zweiten Gießprozesses abkühlt, die auf einen Temperaturwert höher als Raumtemperatur vorgegeben ist.
  8. Gießmaschinensystem nach Anspruch 7, wobei die Abkühl-Solltemperatur auf einen Temperaturwert zwischen 60°C und 190°C vorgegeben ist.
  9. Gießmaschinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Transfereinrichtung einen Handhabungsroboter umfasst.
  10. Verfahren zur Herstellung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen mit folgenden Schritten:
    - Gießen eines Vorproduktes (4) durch einen ersten Gießprozess in einer ersten Gießmaschine (1),
    - Entnehmen des Vorproduktes aus der ersten Gießmaschine,
    - gesteuertes Temperieren des entnommenen Vorproduktes durch aktives Kühlen des Vorproduktes mittels einer Kühleinrichtung und/oder durch aktives Beheizen des Vorproduktes auf ein zum Durchführen des zweiten Gießprozesses geeignetes Temperaturniveau mittels einer Heizeinrichtung und Transferieren desselben zu einer zweiten Gießmaschine (2),
    - Durchführen eines zweiten Gießprozesses mit dem in die zweite Gießmaschine eingebrachten Vorprodukt zur Bildung eines Metall/Kunststoff-Hybridbauteils (8),
    - wobei die erste Gießmaschine eine Metallgießmaschine und die zweite Gießmaschine eine Kunststoffgießmaschine ist oder die erste Gießmaschine eine Kunststoffgießmaschine und die zweite Gießmaschine eine Metallgießmaschine ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Restwärme eines jeweils in der zweiten Gießmaschine gebildeten Metall/Kunststoff-Hybridbauteils zur Temperierung eines jeweils im ersten Gießprozess erhaltenen Vorproduktes genutzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Vorprodukt nach Entnahme aus der ersten Gießmaschine und vor Platzieren in der zweiten Gießmaschine in einer Bearbeitungsstation (12a bis 12e) platziert und dort bearbeitet wird und vor, während und/oder nach dieser Bearbeitung durch gesteuertes Temperieren auf einer vorgebbaren Temperatur höher als Raumtemperatur gehalten wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Vorprodukt nach Entnehmen aus der ersten Gießmaschine in einer Bearbeitungsstation (12a bis 12e) platziert und dort während einer Abkühlphase, während der das Vorprodukt von einer Temperatur (T1) am Ende des ersten Gießprozesses auf eine niedrigere vorgebbare Solltemperatur (T2) abkühlt, bearbeitet wird, bevor es zu der zweiten Gießmaschine (2) transferiert wird, wobei die Solltemperatur auf einen Temperaturwert höher als Raumtemperatur vorgegeben wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei als Vorprodukt durch den ersten Gießprozess ein metallisches Vorprodukt in einer Metallgießmaschine gefertigt wird, dessen Anguss mindestens bis zum Abschluss des Transfers in die zweite Gießmaschine belassen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei durch den zweiten Gießprozess der metallische Anguss des Vorproduktes mit Kunststoffmaterial umspritzt wird.
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